Den Anfang unserer Welt in einem extrem dichten und heißen Zustand - dem so genannten Urknall - können die Physiker vermutlich nie beschreiben. Aber was nur einen Sekundenbruchteil nach dem Urknall passiert ist, glauben die Forscher zu verstehen.
"It was expanding very, very quickly. Very small became relatively large in a very, very short time interval.”"
Das Universum expandierte sehr, sehr schnell - aus winzig klein wurde ziemlich groß und das in einer extrem kurzen Zeit, erklärt Lev Kofman, Kosmologe an der Universität von Toronto. Die Forscher sprechen von der Inflation. Kofman:
""Imagine the smallest numbers where classical physics works, it is 10 to minus 33 centimetres, became the size of a coin within time spent 10 to minus 37 seconds."
Vor der Inflation hatte das Universum eine Größe von 10 hoch minus 33 Zentimetern, also 0,000... und erst nach 32 Nullen kommt eine Eins. Von dieser winzigen Ausdehnung blähte sich der Kosmos schlagartig auf die Größe einer Münze auf - und das innerhalb einer Zeit, gegen die ein Wimpernschlag eine Ewigkeit dauert. Danach ging die Ausdehnung des Kosmos im "normalen" Tempo weiter. Das klingt zunächst absurd, doch ohne die Inflation hätten die Astronomen und Teilchenphysiker heute noch viel größere Probleme, um den Aufbau unserer Welt zu verstehen. So erklärt nur die Inflation auf ganz natürliche Weise, warum das Universum heute so gleichmäßig aufgebaut ist. Seit die Astronomen vor wenigen Jahren die Dunkle Energie entdeckt haben, also dass sich der Kosmos heute beschleunigt ausdehnt, erscheint Lev Kofman auch die extrem schnelle Expansion gleich nach dem Urknall nicht mehr ganz so verwegen:
"Inflation ist die beschleunigte Ausdehnung des ganz frühen Universums - die Dunkle Energie ist eine Substanz, die das heutige Universum schneller auseinander treibt. Das Phänomen ist das gleiche. Wir haben heute sozusagen die späte Inflation. Die mathematischen Formeln sind für beide sehr ähnlich. Es gibt nur einen Unterschied: Bei der Inflation waren enorme Energien im Spiel, während die Dunkle Energie sehr, sehr schwach ist."
Was aber steckt physikalisch hinter der kosmischen "Hefe", die das Universum aufbläht, früher mal ganz stark, heute eher gemächlich? Um das zu verstehen, müssen die Forscher die Galaxien ebenso enträtseln wie die kleinsten Materiebausteine - denn bei der Inflation war der gesamte Kosmos noch ein einziger Brei, Groß und Klein gab es damals noch gar nicht. Eine viel versprechende Theorie für Galaxien und Materiebausteine, ist die String-Theorie. Doch diese Theorie erfordert neun räumliche Dimensionen unmittelbar nach dem Urknall. Heute erleben wir nur noch drei - die restlichen sechs Dimensionen haben sich während der Inflation sozusagen "aufgerollt". Hat sich die "Hefe" jetzt in diesen "Rollen" versteckt? Kofman:
"Die Inflation ist ein Szenario für das frühe Universum im Rahmen der String-Theorie. Die String-Theorie ist eine Art Weltformel. Wir erforschen, welche beobachtbaren Effekte die String-Theorie mit ihren vielen Dimensionen haben könnte, um sie so an der Wirklichkeit im All zu testen. Die Inflation hat große Bedeutung für die Astronomie - sie sagt viele Phänomene voraus. So könnte die Inflation eine Brücke sein, die die grundlegende String-Theorie mit den Beobachtungen verbindet."
Was immer in den ersten Momenten des Kosmos passiert ist - es hat bis heute beobachtbare Folgen, etwa in der großräumigen Verteilung der Materie im Kosmos. Allerdings rätseln Lev Kofman und seine Kollegen noch, was genau die verräterischen Spuren der String-Theorie im heutigen Universum sein könnten. Irgendetwas hat offenbar den Kosmos anfangs sich schlagartig aufblähen lassen - und ein ähnliches, aber viel schwächeres Phänomen dominiert den Kosmos auch heute wieder. Jetzt nehmen Astronomen und theoretische Physiker diese kosmische "Hefe" mit Theorie und Beobachtung gleichsam in die Zange: Getrennt erforschen - und dann vereint verstehen.
"It was expanding very, very quickly. Very small became relatively large in a very, very short time interval.”"
Das Universum expandierte sehr, sehr schnell - aus winzig klein wurde ziemlich groß und das in einer extrem kurzen Zeit, erklärt Lev Kofman, Kosmologe an der Universität von Toronto. Die Forscher sprechen von der Inflation. Kofman:
""Imagine the smallest numbers where classical physics works, it is 10 to minus 33 centimetres, became the size of a coin within time spent 10 to minus 37 seconds."
Vor der Inflation hatte das Universum eine Größe von 10 hoch minus 33 Zentimetern, also 0,000... und erst nach 32 Nullen kommt eine Eins. Von dieser winzigen Ausdehnung blähte sich der Kosmos schlagartig auf die Größe einer Münze auf - und das innerhalb einer Zeit, gegen die ein Wimpernschlag eine Ewigkeit dauert. Danach ging die Ausdehnung des Kosmos im "normalen" Tempo weiter. Das klingt zunächst absurd, doch ohne die Inflation hätten die Astronomen und Teilchenphysiker heute noch viel größere Probleme, um den Aufbau unserer Welt zu verstehen. So erklärt nur die Inflation auf ganz natürliche Weise, warum das Universum heute so gleichmäßig aufgebaut ist. Seit die Astronomen vor wenigen Jahren die Dunkle Energie entdeckt haben, also dass sich der Kosmos heute beschleunigt ausdehnt, erscheint Lev Kofman auch die extrem schnelle Expansion gleich nach dem Urknall nicht mehr ganz so verwegen:
"Inflation ist die beschleunigte Ausdehnung des ganz frühen Universums - die Dunkle Energie ist eine Substanz, die das heutige Universum schneller auseinander treibt. Das Phänomen ist das gleiche. Wir haben heute sozusagen die späte Inflation. Die mathematischen Formeln sind für beide sehr ähnlich. Es gibt nur einen Unterschied: Bei der Inflation waren enorme Energien im Spiel, während die Dunkle Energie sehr, sehr schwach ist."
Was aber steckt physikalisch hinter der kosmischen "Hefe", die das Universum aufbläht, früher mal ganz stark, heute eher gemächlich? Um das zu verstehen, müssen die Forscher die Galaxien ebenso enträtseln wie die kleinsten Materiebausteine - denn bei der Inflation war der gesamte Kosmos noch ein einziger Brei, Groß und Klein gab es damals noch gar nicht. Eine viel versprechende Theorie für Galaxien und Materiebausteine, ist die String-Theorie. Doch diese Theorie erfordert neun räumliche Dimensionen unmittelbar nach dem Urknall. Heute erleben wir nur noch drei - die restlichen sechs Dimensionen haben sich während der Inflation sozusagen "aufgerollt". Hat sich die "Hefe" jetzt in diesen "Rollen" versteckt? Kofman:
"Die Inflation ist ein Szenario für das frühe Universum im Rahmen der String-Theorie. Die String-Theorie ist eine Art Weltformel. Wir erforschen, welche beobachtbaren Effekte die String-Theorie mit ihren vielen Dimensionen haben könnte, um sie so an der Wirklichkeit im All zu testen. Die Inflation hat große Bedeutung für die Astronomie - sie sagt viele Phänomene voraus. So könnte die Inflation eine Brücke sein, die die grundlegende String-Theorie mit den Beobachtungen verbindet."
Was immer in den ersten Momenten des Kosmos passiert ist - es hat bis heute beobachtbare Folgen, etwa in der großräumigen Verteilung der Materie im Kosmos. Allerdings rätseln Lev Kofman und seine Kollegen noch, was genau die verräterischen Spuren der String-Theorie im heutigen Universum sein könnten. Irgendetwas hat offenbar den Kosmos anfangs sich schlagartig aufblähen lassen - und ein ähnliches, aber viel schwächeres Phänomen dominiert den Kosmos auch heute wieder. Jetzt nehmen Astronomen und theoretische Physiker diese kosmische "Hefe" mit Theorie und Beobachtung gleichsam in die Zange: Getrennt erforschen - und dann vereint verstehen.